激光熔覆工艺参数对熔覆层质量影响研究

在42CrMo基板上激光熔覆单道钴基合金涂层,采用正交试验,探究激光功率、送粉速率、扫描速度、光斑直径等4个工艺参数对熔覆层几何形貌和稀释率的影响规律.结果表明:激光功率和扫描速度对熔覆高度和熔覆宽度影响较大,激光功率和光斑直径对稀释率影响最大.结合稀释率和熔覆高度与熔覆宽度比值综合评价,获得最优工艺参数组合为激光功率...     

工艺参数对钛合金激光熔覆 CBN 涂层几何形貌的影响

目的获得制备形貌较佳的CBN激光熔覆层的工艺参数。方法以CBN粉末为熔覆材料,在TC11钛合金表面制备CBN熔覆层。设计正交试验,利用金相法检测熔覆层的几何形貌参数,研究工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量、预置层厚度)对涂层几何形貌的影响规律。结果随着激光功率、扫描速度、离焦量和预置层厚度的增大,熔覆层宽度、高度以及熔池深度都发生相应的改变。其中扫描速度对熔覆层形貌的影响最大,其次为激光功率和预置层厚度,离焦量的影响最小。随着激光功率增大,熔覆层宽度先增大后减小,熔覆层高度逐渐降低,熔池深度逐渐增大。扫描速度、离焦量和预置层厚度的增加都导致熔覆层宽高和熔池深度的减小。结论最优的工艺参数为:激光功率1400W,扫描速度4mm/s,离焦量35mm,预置层厚度0.4mm。     

铜基体上激光熔覆钴基合金的温度场分析

利用连续波Nd：YAG固体激光在黄铜表面上激光熔覆预置的钴基合金粉末,采用SYSWELD软件对激光熔覆过程中的温度场进行了模拟。在分析过程中采用三维单元,考虑温度变化对热物理参数的影响以及表面对流换热和辐射散热等影响因素,建立了三维有限元模型,得到了熔覆过程中试样表面的温度场分布模拟图。结果表明：温度场模拟等温线呈椭圆形分布,光斑附近等温面较为密集,远离光斑处等温面较稀疏;在其它工艺参数不变的情况下,扫描速度为8 mm/s熔覆过程的稀释率为11.5%,可以获得良好的冶金结合,并进行了试验验证;利用SYSWELD软件的校核功能,获得了扫描速度为6 mm/s和10 mm/s熔覆过程中较为合适的功率分别为2.96 kW和3.82 kW。研究结果对工艺参数的优化和控制熔覆层稀释率提供了借鉴和指导作用。     

稀土元素和工艺参数对激光熔覆层微观形貌的影响

为了抑制激光熔覆过程中熔覆层裂纹的产生,在熔覆粉末中加入了稀土氧化物Y2O3.用CO2连续激光器在镍基高温合金基体表面熔覆自配粉末,同时分析了工艺参数对熔覆层微观形貌的影响.结果表明:Y2O3可以细化晶粒和抑制裂纹,扫描速度主要影响熔覆区晶粒的形状,功率和预置粉末厚度主要影响熔覆层的熔深和稀释率.最佳工艺参数是功率为400W,扫描速度为4mm/s,预置粉末厚度为1.4mm.     

钛合金TC4激光熔覆成形的数值模拟研究

对钛合金TC4激光熔覆过程进行数值模拟。分析了不同激光功率、焊接速度下,激光熔覆过程中的温度场及应力场。结果表明:在本模拟研究中,当扫描速度为4 mm/s时,激光光斑半径为1.5 mm,激光功率为300 W时,熔池深度为0.6 mm,宽度为2.4 mm,成形效果好;当激光功率升至500 W,扫描速度为5 mm/s,激光光斑半径为1.5 mm时,成形效果也好。综合考虑成形质量和时间成本,后者为最优工艺参数。成形件的中心部位应力较为集中,出现缺陷的可能性较大。     

低碳结构钢激光熔覆铁基陶瓷合金粉末工艺研究

为提高Q345等低碳结构钢表面的耐腐蚀和耐磨性能,在Q345钢板表面熔覆316+5%WC铁基陶瓷合金粉末,研究不同熔覆功率和光斑扫描速度对熔覆层宏观质量的影响;在其它熔覆工艺参数不变的情况下,分析了激光功率为2000~3500 W时,熔覆层的组织及硬度的变化规律,进而得出在Q345表面熔覆预置厚1.5 mm铁基陶瓷合金粉末的最佳工艺参数为功率3000 W、扫描速度300 mm/min。     

基于SLM热力耦合场的工艺参数优化研究

基于ANSYS软件建立了选择性激光熔覆过程中的三维应力应变分析模型,使用间接耦合的方式进行了热力耦合分析,采用生死单元方法模拟了连续实体的生成过程,讨论了激光功率、光斑半径、扫描速度对成型件残余应力的影响。基于最小残余应力准则,进一步优化选取工艺参数。结果表明:在一定的能量输入条件下,优先采用更大的扫描速度,再选取合适的激光功率和光斑半径,可减小成型件的残余应力,提升成型件质量,为选择性激光熔覆过程中工艺参数优化提供了一种思路。     

不锈钢表面激光熔覆镍基合金涂层的数值模拟与试验

为改善不锈钢表面熔覆质量,探究能量密度对不锈钢表面激光熔覆镍基合金涂层质量的影响,利用Visual-Environment数值模拟软件,基于高斯体热源模型,通过改变激光功率获得不同的能量密度输入,对304不锈钢表面激光熔覆Ni35合金涂层的过程进行了数值模拟分析,并采用相应能量密度对应的激光功率进行试验验证。模拟结果表明,激光功率为900 W,扫描速度为6 mm/s,光斑半径为1 mm时,对应的激光能量密度为75 J/mm²,所得温度分布云图峰值温度2459.55℃,在较合理的温度范围内(2400～2600℃)。试验验证结果显示,该工艺参数下熔覆层宏观形貌较好且微观组织致密,基体与涂层间形成了良好的冶金结合。     

铜基体上激光熔覆钴基合金的数值模拟

以黄铜为基材,钴基合金为熔覆粉末,采用预置粉末方式实现激光熔覆加工,对此过程建立三维有限元模型。考虑温度变化对热物性参数的影响以及表面对流换热和辐射散热等影响因素,使用SYSWELD软件对激光熔覆过程中的温度场和应力场进行了分析。结果表明,激光熔覆过程中的温度场变化是由非稳态到稳态的过程,熔覆层横截面上不同点热循环曲线呈锯齿状衰减;最大残余应力值出现在靠近基体的熔覆层中间位置;在其他工艺参数不变的情况下,扫描速度为8mm/s,熔覆过程的稀释率为11.5%,可以获得良好的冶金结合,并进行了试验验证;利用SYSWELD软件的校核功能,获得了扫描速度为6和10mm/s熔覆过程中较为合适的功率分别为2.96和3.82kW。     

U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25％WC涂层工艺参数优化的研究

目的研究U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层的最佳工艺参数。方法首先通过单道单因素试验初步选取激光功率、送粉量、扫描速度和光斑直径4个工艺参数,然后进行4因素3水平的单道正交试验,以熔覆层的宽度、高度和稀释率作为判断熔覆层质量的指标,做极差分析,最后得到最优工艺参数并分析了熔覆层的显微硬度及显微组织。结果单道单因素试验及单道正交试验得到的工艺参数均为:激光功率1500 W,送粉量4 g/min,扫描速度6 mm/s,光斑直径2.2 mm。通过单道正交试验极差表分析发现,工艺参数对质量指标的影响程度不同,对熔覆层宽度的影响为扫描速度送粉量激光功率光斑直径,对熔覆层高度的影响为送粉量扫描速度光斑直径激光功率,对熔覆层稀释率的影响为送粉量光斑直径扫描速度激光功率,对比发现送粉量是熔覆层的最大影响因子。熔覆层的显微硬度最高可达到1170HV,是基体的3.7倍。结论在U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层,可以制备出光滑且紧密结合的熔覆层,且表面硬度明显提高。     

TC4表面激光熔覆Ni60基涂层温度场热循环特性数值模拟研究

目的确定TC4钛合金激光熔覆的最优工艺参数,研究其热循环特性,分析激光熔覆温度对组织的影响规律。方法采用3D高斯热源,基于Sysweld软件平台,对TC4钛合金激光熔覆Ni60A-50%Cr3C2粉末过程进行数值模拟仿真,研究温度场云图及其热循环特性,模拟计算激光熔覆最高温度、加热速度和冷却速度,以及熔池最大深度和热影响区宽度,进行激光熔覆实验验证,结合熔覆层显微组织扫描电镜(SEM)图像,研究冷却速度对熔覆层组织的影响。结果由仿真可知,激光熔覆工艺参数中的光斑直径和送粉速度主要影响熔覆层的高度和宽度,对温度场分布起主要影响作用的是激光功率和扫描速度。激光功率为500 W,扫描速度为4 mm/s时,熔覆层区域熔化完全,与基体结合良好。激光熔覆最高温度为2700℃,最大加热速度约为2200℃/s,最大冷却速度约为1200℃/s,熔池最大深度在0.33~0.66 mm之间,热影响区宽度约为1.2 mm。模拟与实验得到的熔覆层截面形貌基本一致。不同冷却速度得到的熔覆层组织不同,随着冷却速度的降低,显微组织由短小的胞晶和树枝晶逐步转变为柱状晶、胞状晶和平面晶,最终形成淬火态的针状马氏体。结论最佳工艺参数为:激光功率500 W,扫描速度4 mm/s。冷却速度是影响熔覆层组织的重要因素,仿真模型的正确性及方法的可行性得到了实验验证。     

激光重熔对材料表面激光熔覆层的影响

熔覆层中的裂纹是激光熔覆技术应用的主要障碍。为了提高熔覆层的性能,抑制裂纹扩展,采用CO2激光器在45钢表面激光熔覆了Ni25合金粉末,然后采用不同工艺参数对熔覆层进行激光重熔处理研究。实验结果表明,激光重熔能够减少熔覆层中的裂纹和气孔,使熔覆层表面变的平整,颗粒状组织消失。较慢的激光扫描速度更有利于降低熔覆层的残余应力,减少缺陷。激光重熔后材料表面的显微硬度有所降低。研究结果对激光熔覆技术的应用具有实用价值。     

QT800-2球墨铸铁表面激光熔覆工艺参数多目标优化

目的 为了解决球墨铸铁表面激光熔覆铁基合金过程中熔覆层塌陷、厚度不均等问题,确定旁轴送粉激光熔覆最优工艺参数组,并对参数寻优方法进行对比分析.方法 选取工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速度)为优化变量和熔覆层表面质量(表面粗糙度、硬度)为优化指标,通过设计L9(34)正交试验进行极差分析,得到优化后的参数组合;通过神经网络预测模型结合NSGA-Ⅱ多目标优化算法进行参数寻优.通过对比这两种优化方法对熔覆层表面质量的实际优化效果,确定最优工艺参数组.结果 3个工艺参数对综合质量的影响大小依次为激光功率>扫描速度>送粉速度,正交优化参数组合使得熔覆层表面粗糙度降低23.3％,硬度降低7.1％.而NSGA-II遗传算法优化参数组合可实现表面粗糙度降低40.5％,硬度提升6.6％.最优工艺参数组合为:激光功率4614 W,送粉速度2.6 r/min,扫描速度325.6 mm/min.结论 采用NSGA-II遗传算法能获得比正交试验更快更好的优化效果;通过合理选择工艺参数,能够解决熔覆层塌陷、厚度不均等问题,从而极大地改善熔覆层表面质量.     

38CrMoAl钢表面激光熔覆Ni基合金工艺研究

利用正交试验法对38CrMoA1钢表面激光熔覆Ni60合金时激光功率、扫描速度和离焦量等工艺参数进行优化,得到熔覆层硬度和耐磨性能较为优良的参数组合,并研究了激光熔覆工艺参数对熔覆层性能的影响.结果表明,选择激光功率2.0 kW,离焦量40 mm,扫描速度6 mm/s作为35CrMoA1钢表面激光熔覆Ni60合金时的工艺参数,熔覆层硬度可以达到880.5 HV,相对耐磨性为2.26.     

面向薄壁件的激光熔覆修复工艺参数优化研究

目的减少薄壁零件激光熔覆修复时基板的变形量,提高成形质量。方法在前期单道单因素试验的基础上,通过三因素三水平正交试验在2mm厚的45钢上熔覆Fel合金粉末,分析了激光功率、扫描速度和送粉率对薄板变形行为的影响,并根据因素效应图分析基体变形量随各因素水平的变化,找出出现这种变化的原因。通过正交试验的极差分析提出了基体变形的公式,根据公式确定各因素对基体变形影响的主次关系,并根据变形结果,最终找到使基板变形最小的最优工艺参数。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度计,研究最优工艺参数下熔覆层的显微组织和硬度,并对在最优工艺参数下熔覆的试件进行成形质量评价。结果影响基板变形的因素主次顺序依次为:激光功率、扫描速度和送粉率。基板变形量最小且冶金结合良好的最佳工艺参数为:激光功率600 W,扫描速度12 mm/s,送粉率1.2 r/min。此工艺下所得熔覆层的最高硬度达到348HV,约是基体硬度的1.6倍。结论该工艺参数可以有效减少基体的变形且激光熔覆成形质量良好,基体表面得到显著强化。     

工艺参数对钴基合金等离子熔覆残余应力的影响

目的 探究钴基合金等离子熔覆在不同工艺参数下残余应力的分布规律,选取最优工艺参数组合,以达到降低残余应力的目的。方法 设计正交试验,采用等离子熔覆技术制备9组不同工艺参数下单道钴基等离子熔覆样件,利用盲孔法对每个样件的熔覆起点、中间位置及终点位置的残余应力进行测量,分析工作电流、扫描速度、送粉速度等工艺参数对残余应力的影响规律。结果 工件表面残余应力主要以拉应力为主,其中间位置的残余应力最大。各个位置平行于扫描路径方向的残余应力均大于垂直于扫描路径方向的残余应力。当工作电流为92 A、扫描速度为100 mm/min、送粉速度为12 r/min时,所成形的样件残余应力最小。结论 工作电流对熔覆起点和终点平行于扫描路径方向的残余应力影响最为显著,其余各位置各方向上,影响最显著的因素为扫描速度。工作电流越大,残余应力越大;随着扫描速度的增大,残余应力不断变小;随着送粉速度的增大,残余应力有增大的趋势。选取合适的工艺参数组合能够有效地控制残余应力。     

工艺路径对多层多道激光熔覆残余应力的影响

采用盲孔法测量Q345钢块表面多层多道激光熔覆Co基涂层的残余应力,研究了熔覆工艺路径对激光熔覆残余应力的影响.结果表明,平行焊道方向的残余应力远大于垂直焊道方向的应力,且均为拉应力;增加激光熔覆层单层厚度,熔覆层及试板背部基材残余应力明显增大.与两层熔覆层激光焊道平行叠加的熔覆路径相比,采用两层熔覆层垂直交叉的熔覆工艺路径,降低了熔覆层的残余应力,采用分区熔覆且每个区域各熔覆层垂直交叉堆焊的熔覆工艺路径,熔覆层残余应力水平最低;熔覆前对试板进行2 mm的预弯变形对涂层残余应力影响不明显,但显著降低了试件背面的残余应力.     

激光熔覆加工头聚焦性能及成形工艺研究进展

激光熔覆作为一种十分有前途的制造技术,已在工业中广泛用于部件修复、表面改性以及增材制造等领域。在激光熔覆系统中,激光熔覆加工头是其关键核心部件,可以在基材表面实现激光束、熔覆材料和熔池之间的精准耦合并形成连续熔覆层。激光熔覆加工头内置有光学镜组,主要用于激光束的传输、变换和聚焦,可以根据不同的加工需求对光束进行处理。主要从分析激光熔覆加工头聚焦性能对熔覆成形工艺影响的角度出发,综述了加工头的设计及其成形工艺的发展,具体包括光斑尺寸、光斑形状、光斑能量分布、激光功率、光源特性等对材料沉积速度、材料利用效率、熔覆层质量等的影响。首先按照激光熔覆的材料类型和材料与激光束的耦合形式,对激光熔覆光料耦合方式及加工头进行了简要概述,并对成形工艺造成的影响进行了总结。其次分别讨论了连续高斯光束和平顶光束以及脉冲激光的聚焦性能对熔覆层的影响,同时概述了3种不同形状光斑（圆形、矩形、环形）的能量分布特性和光斑尺寸对成形工艺的影响;接着研究了激光能量密度对熔覆层质量的影响;基于超高速激光熔覆技术分析提出透镜长焦深聚焦特性能够大幅提升激光熔覆的加工效率。最后展望了激光熔覆加工头聚焦性能在成形工艺上的发展趋势...